Das James-Webb-Weltraumteleskop der NASA ist ein wahres technologisches Wunderwerk. Als größtes und komplexestes Weltraumteleskop, das jemals gebaut wurde, ist Webb in der Lage, Licht zu sammeln, das seit 13.5 Milliarden Jahren unterwegs ist, fast seit Beginn des Universums. Tatsächlich ist Webb eine Zeitmaschine, die es uns ermöglicht, einen Blick auf die ersten Galaxien zu werfen, die sich nach dem Urknall gebildet haben. Weil es Infrarotlicht sammelt, sieht es direkt durch die riesigen Staubwolken, die die Sicht der meisten anderen Teleskope blockieren. Webb ist 100-mal leistungsstärker als das Hubble-Weltraumteleskop. Vor allem ist Webb mit seinem 21 Meter breiten Satz segmentierter Spiegel leistungsfähig genug, um in der Atmosphäre von Planeten, die andere Sterne umkreisen, nach Wasserdampf zu suchen. Es wird ein neues Fenster zu diesen Exoplaneten öffnen, sie in Lichtwellenlängen beobachten, bei denen sie noch nie zuvor gesehen wurden, und uns dabei helfen, neue Erkenntnisse über ihre Natur zu gewinnen. Webb wird uns helfen zu verstehen, wie sich Galaxien über Milliarden von Jahren zu großen Spiralen entwickeln, wie unsere eigene Milchstraße, nach Anzeichen von Bewohnbarkeit auf fernen Planeten suchen und in die Herzen staubverhangener Sternenkindergärten vordringen. Das Observatorium wurde am Weihnachtstag 6.5 von Südamerika aus gestartet. Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech
Die Reise zur Inbetriebnahme des Webb-Teleskops wird diese Woche mit der erfolgreichen Abkühlung des Mittelinfrarot-Instruments (MIRI) durch den kritischen „Pinch Point“ auf seine endgültige Betriebstemperatur von weniger als 7 Kelvin (-447 Grad Fahrenheit oder -266 Grad Celsius). Dies war eine Voraussetzung für den Abschluss der siebten und letzten Stufe des Spiegelausrichtungsprozesses. Die nächsten Schritte umfassen anfängliche Überprüfungen von MIRI und fahren mit den letzten Phasen der Multi-Instrument- und Multi-Feld-Ausrichtung mit allen vier wissenschaftlichen Instrumenten fort.
Letzte Woche haben wir die für Webb geplante coole Wissenschaft zur Sternen- und Planetenentstehung geteilt. Heute gehen wir näher darauf ein, wie Webb Planeten um andere Sterne untersuchen wird, die als extrasolare Planeten oder Exoplaneten bekannt sind. Knicole Colón, stellvertretende Projektwissenschaftlerin für Exoplanetenforschung bei Webb, nimmt uns mit in den Entdeckungsraum der Erforschung neuer Welten jenseits unseres Sonnensystems. Dr. Colón bringt eine einzigartige Perspektive ein, da sie auch Projektwissenschaftlerin für den Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) ist, eine Mission, die viele Exoplanetenziele gefunden hat, die Webb beobachten wird.
Diese Abbildung zeigt einen Exoplaneten, der seinen viel helleren Stern umkreist. Mit seinen Bordkoronographen wird Webb es Wissenschaftlern ermöglichen, Exoplaneten bei Infrarotwellenlängen zu betrachten, in denen sie sie noch nie zuvor gesehen haben. Bildnachweis: NASA, ESA und G. Bacon (STScI)
„In den letzten 30 Jahren haben Astronomen über 5,000 extrasolare Planeten entdeckt. Diese Entdeckungen haben gezeigt, dass Exoplaneten eine Vielzahl von Massen, Größen und Temperaturen umfassen und alle Arten von Sternen umkreisen, was zu außergewöhnlich vielfältigen Welten führt.
„Mit seinen leistungsstarken spektroskopischen und bildgebenden Fähigkeiten über einen breiten infraroten Wellenlängenbereich ist Webb bereit, unser Wissen über die Zusammensetzung dieser Welten und der planetenbildenden Scheiben zu revolutionieren. Von kleinen, möglicherweise felsigen Exoplaneten bis hin zu riesigen, gasförmigen Planeten wird Webb diese Welten mit der Transittechnik beobachten. Direkte Bildgebungstechniken werden verwendet, um junge, riesige Exoplaneten zusammen mit den Umgebungen zu untersuchen, in denen sich Planeten um Sterne bilden und entwickeln, die als protoplanetare Scheiben und Trümmerscheiben bekannt sind.
„Eine spezifische Beobachtung von Exoplaneten, die mit Webb durchgeführt wird, beinhaltet das Sammeln von Beobachtungen im Verlauf der Umlaufbahn eines Planeten, um Messungen der atmosphärischen Zusammensetzung und Dynamik zu ermöglichen. Ich bin an einem Programm zur Beobachtung des Gasriesen beteiligt HD80606b als Teil von Webbs erstem Beobachtungsjahr. Da die Umlaufbahn von HD 80606 b extrem exzentrisch (nicht kreisförmig) und lang (111 Tage) ist, beträgt die Energiemenge, die der Planet von seinem Stern erhält, etwa das 1- bis 950-fache dessen, was die Erde von der Sonne erhält! Dies führt zu extremen Temperaturschwankungen, die voraussichtlich dazu führen, dass sich in sehr kurzer Zeit schnell Wolken bilden und in der Atmosphäre des Planeten auflösen. Unser Wissenschaftsteam wird diese vorhergesagte Wolkendynamik im Verlauf einer kontinuierlichen ~18-stündigen Beobachtung von HD 80606 b in Echtzeit untersuchen, während es hinter seinem Stern vorbeizieht, wobei das NIRSpec-Instrument auf Webb verwendet wird, um thermisches Licht aus der Atmosphäre des Planeten zu messen.
Die Orbitalkonfiguration von HD 80606 b wird zusammen mit den erwarteten Temperaturschwankungen gezeigt, wie sie von der Erde und Webb in mehreren Orbitalphasen gesehen werden. Der geplante „Beginn“ und „Ende“ der etwa 18-stündigen Strecke der Webb-Beobachtungen ist angegeben. Quelle: adaptiert von de Wit et al. 2016; Mit freundlicher Genehmigung von James Sikora
„Neben Gasgiganten gibt es eine Reihe von Webbs Exoplanetenziele im ersten Beobachtungsjahr sind kleine und umlaufende Sterne, die kleiner und kühler als die Sonne sind, bekannt als M-Zwerge. Während die Entdeckung von Exoplaneten vor etwa 30 Jahren begann, wurden viele dieser kleinen Exoplaneten um M-Zwerge erst in den letzten Jahren durch Untersuchungen wie entdeckt TESS. Webb-Beobachtungen werden beginnen, die Vielfalt der Atmosphären aufzudecken, die auf diesen kleinen Planeten existieren, indem sie nach Hinweisen auf Moleküle wie Wasser, Kohlendioxid und Methan in ihren Atmosphären suchen. Da M-Zwerge normalerweise viel aktiver sind als die Sonne und energiereiche Sterneruptionen haben, die diesen Planeten möglicherweise die Atmosphäre entziehen könnten, könnten Webb-Beobachtungen sogar zeigen, dass einige dieser kleinen Planeten überhaupt keine Atmosphäre haben.
Die Illustration dieses Künstlers zeigt drei kleine Planeten, die von TESS um einen M-Zwergstern namens L 98-59 herum entdeckt wurden. Die Planeten c und d sind nur 1.4- und 1.6-mal größer als die Erde und werden in Webbs erstem Wissenschaftsjahr beobachtet. Credits: Goddard Space Flight Center der NASA
„Da TESS und andere Vermessungen weiterhin regelmäßig weitere Planeten in unserer Galaxie entdecken und Webb sich darauf vorbereitet, die Atmosphären vieler dieser neu entdeckten Welten zu untersuchen, stehen unsere Exoplaneten-Abenteuer in vielerlei Hinsicht erst am Anfang.“
– Knicole Colón, stellvertretende Projektwissenschaftlerin von Webb für Exoplanetenforschung, Goddard Space Flight Center der NASA
Stefanie Milam, stellvertretende Webb-Projektwissenschaftlerin für Planetenforschung, NASA Goddard
Jonathan Gardner, stellvertretender Senior-Projektwissenschaftler von Webb, NASA Goddard
